龍海濤

載人月球探測是我國繼空間站工程之后的又一重大航天工程。近日，我國載人月球探測工程登月階段任務(wù)已啟動實施，其總目標是：20300年前實現(xiàn)中國人首次登陸月球，開展月球科學(xué)考察及相關(guān)技術(shù)實驗，突破掌握載人地月往返、月面短期駐留、人機聯(lián)合探測等關(guān)鍵技術(shù)，完成“登、巡、采、研、回”等多重任務(wù)，形成獨立自主的載人月球探測能力。

與空間站相比，載人登月的難度要大很多。我國將采用兩枚運載火箭分別將月面著陸器和載人飛船送至環(huán)月軌道，月面著陸器與載人飛船在環(huán)月軌道交會對接后，航天員從載人飛船進入月面著陸器。之后，月面著陸器將單獨下降并著陸于月面預(yù)定區(qū)域，航天員登上月球進行科學(xué)考察與樣品采集。完成既定任務(wù)后，航天員將乘坐月面著陸器上升至環(huán)月軌道，月面著陸器與載人飛船交會對接。最后，航天員將攜帶樣品乘坐載人飛船返回地球。

未來7年，我國將分3個階段實現(xiàn)載人登月目標：第一階段要完成關(guān)鍵子系統(tǒng)的研制和建設(shè)任務(wù)，包括研制新一代載人運載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服和載人月球車等，在文昌航天發(fā)射場建設(shè)新一代載人運載火箭的總裝發(fā)射設(shè)施，并完成測控通信著陸場等相關(guān)地面設(shè)備設(shè)施的建設(shè)；第二階段將使用新一代載人運載火箭、新一代載人飛船和月面著陸器進行無人飛行驗證，通過實際飛行驗證關(guān)鍵分系統(tǒng)的可靠性和總體方案的可行性；如果第二階段一切順利，隨后我國載人登月計劃將進入到第三階段，也就是實施真正的載人登月飛行，在2030年前實現(xiàn)中國航天員登上月球的夢想。

目前，我國科研人員正在研制新一代載人運載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服以及載人月球車等裝備。

新一代載人運載火箭

地球和月球之間的平均距離為38.44萬千米，載人登月必須要有足夠大的推力和運載能力的運載火箭才行。我國正在研制新一代載人運載火箭，它是一種兼顧載人和貨運任務(wù)的運載火箭，已被正式命名為長征十號。

長征十號是我國自主研制的新一代中型液體運載火箭，采用無毒無污染的液氫、液氧和煤油推進劑，芯級直徑5米，捆綁的是直徑5米的助推器。長征十號火箭總長88.5米，起飛質(zhì)量約2187噸，起飛推力約2678噸，可實現(xiàn)近地軌道70噸、奔月軌道27噸的運載能力。我國一次載人登月任務(wù)將發(fā)射兩枚長征十號火箭，分別將載人飛船和月面著陸器送入環(huán)月軌道，在環(huán)月軌道對接后進行登月。

新一代載人飛船

載人登月需要突破掌握載人地月往返技術(shù)，除了研制新一代載人運載火箭，還需要研制滿足登月需求的新一代載人飛船。我國剛剛發(fā)射了神舟十六號載人飛船，神舟飛船的可靠性和穩(wěn)定性毋庸置疑，但對于載人登月來說，神舟飛船就有些力不從心了，尤其是服務(wù)艙提供的機動變軌能力太弱。

新一代載人飛船放棄了神舟飛船的三艙構(gòu)型，采用更簡單的返回艙加服務(wù)艙兩艙構(gòu)型。飛船全長約9米，最大發(fā)射重量約25噸，其中錐形返回艙重量約7噸。根據(jù)估算，服務(wù)艙能提供2200米每秒以上的速度增量，滿足獨立進出環(huán)月軌道的變軌機動需求。

新一代載人飛船充分繼承了神舟飛船已有的技術(shù)基礎(chǔ)，又在飛船結(jié)構(gòu)、推進、回收、能源、熱控、電子等方面應(yīng)用了大量先進技術(shù)，使飛船具備可重復(fù)使用能力，此外還有更好的人機交互界面和更大的艙內(nèi)活動空間，乘組人員提高到4～7人。

新一代載人飛船還采用模塊化設(shè)計，統(tǒng)一的返回艙可以搭配不同的服務(wù)艙模塊，提供相應(yīng)的變軌機動能力，適應(yīng)近地軌道飛行任務(wù)、載人月球探測任務(wù)以及更遙遠的載人小行星或火星探測等多種類型的載人飛行任務(wù)，是名副其實的多用途載人飛船。

月球上沒有發(fā)射臺，登月飛船如何返回

登月飛船如何從月面起飛確實是一個非常有趣的問題。我們知道，在地球出發(fā)的載人飛船需要有強大的火箭，還需要有完備的發(fā)射場，而在月球表面并沒有大推力火箭，也沒有發(fā)射場、發(fā)射臺，那么，航天員如何從月球表面起飛返回地球？

雖然從地球表面起飛和從月球表面起飛都需要達到一定的速度才能擺脫地球、月球的引力，但是兩者之間還是存在比較大的差異。首先，地球的質(zhì)量比月球大得多，所以地球的引力比月球的引力更大，這也導(dǎo)致地球的逃逸速度比月球的逃逸速度大很多。其次，月球沒有大氣層，意味著沒有空氣阻力，這也是一個很關(guān)鍵的因素。最后，雖然月球表面沒有發(fā)射臺、火箭，但是登月艙本身就可以充當發(fā)射臺、火箭。

以美國當年載人登月的阿波羅飛船為例，整艘阿波羅飛船由軌道艙、服務(wù)艙、登月艙3大部分組成。其中登月艙包括下降級、上升級兩個部分，登月艙的下降級其實就相當于發(fā)射臺，上升級就相當于火箭。在登陸月球時，航天員乘登月艙著陸到月球的表面，而軌道艙、服務(wù)艙組合體則留在月球軌道飛行。當航天員完成任務(wù)以后，就會進入飛船登月艙的上升級，啟動上升級的發(fā)動機獲得上升的推力，然后從月球表面起飛，進入月球軌道后與軌道艙、服務(wù)艙組合體進行交會對接，然后乘坐飛船返回地球。

也許你會問：“從地球起飛需要有類似土星五號那么強大的運載火箭才能實現(xiàn)載人登月，登月艙上升級的推力那么小，為什么能從月球表面起飛呢？”原因其實很簡單。整艘阿波羅載人登月飛船總質(zhì)量高達40多噸，加上土星五號火箭的質(zhì)量，飛船、火箭組合體總質(zhì)量達到3000噸。從月球表面起飛的登月艙上升級就沒那么重了，再加上月球引力很小，沒有空氣阻力，登月艙上升級發(fā)動機達到一定的推力就能從月球表面起飛了。由于月球的逃逸速度比地球小很多，所以飛船不需要消耗太多推進劑就能進入月球軌道，然后返回地球。

地面支持系統(tǒng)

我國實施載人登月計劃不僅需要新一代運載火箭和載人飛船，發(fā)射新一代運載火箭的地面發(fā)射場以及支持載人登月的測控、通信和著陸場等設(shè)施也必不可少。長征十號火箭總體規(guī)模是長征五號火箭的兩倍以上，現(xiàn)有發(fā)射長征五號的地面發(fā)射設(shè)施無法直接使用，必須新建性能更強大的發(fā)射工位等配套設(shè)施。我國即將在海南文昌發(fā)射場大興土木，為長征十號火箭建造新的總裝大樓、發(fā)射工位以及配套的轉(zhuǎn)運發(fā)射平臺。

月面著陸器

載人登月工程任務(wù)中，要實現(xiàn)載人登月和返回，就必須研制載人月面著陸器。

月面著陸器是往返于月球表面和月球軌道的運輸工具。美國阿波羅載人登月的著陸器是一種包含下降級和上升級的二級結(jié)構(gòu)，而我國的月面著陸器將采用獨特的推進艙加登月艙的總體方案。我國月面著陸器推進艙主動力為一臺80千牛推力的變推力液氧煤油發(fā)動機，這是一種具備多次啟動能力和深度節(jié)流能力的高壓補燃發(fā)動機，具備推力節(jié)流到10%的深度節(jié)流能力。推進艙將負責(zé)地月之間的軌道修正，執(zhí)行近月制動減速，還覆蓋了大部分下降段飛行，承擔(dān)著陸過程所需的絕大部分減速任務(wù)。推進艙燃料耗盡后分離，登月艙完成最后階段的著陸，并負責(zé)后續(xù)從月面起飛到環(huán)月對接的飛行任務(wù)。

登月服·載人月球車

登月航天服與一般航天服大不相同，主要原因是月球上晝夜溫差在300℃以上，此外極易吸附上來的月塵對航天員和各種設(shè)備威脅很大，因此需要研制專門的登月航天服。

按照我國載人登月的初步方案，載人月球車將具備載人駕乘、月面移動、定位支持、安全輔助等功能，可為航天員提供移動、通信、探測輔助等保障。未來將有兩名航天員駕駛著我國自主研發(fā)的載人月球車，在月球表面開展科考活動，這個成就極有可能創(chuàng)造人類航天史上的新紀錄。

多國載人登月計劃

近年來，隨著太空探索熱潮的興起，月球重新受到外界關(guān)注，目前多國都公布了各自的載人登月計劃，其中最受關(guān)注的是美國旨在重返月球的阿爾忒彌斯計劃。根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）公布的計劃，最早將于2025年在阿爾忒彌斯3號任務(wù)中真正實現(xiàn)載人登月。根據(jù)計劃，4名航天員將搭載獵戶座飛船，其中兩人搭乘SpaceX公司研制的載人著陸系統(tǒng)降落在月球表面，另兩人則留在飛船上沿月球軌道飛行。登月航天員將在月球表面停留6.5天，相當于阿波羅計劃中航天員最長逗留時間的兩倍。

2018年，俄羅斯公布了載人登月計劃，包括在國際空間站和月球軌道上測試一系列新技術(shù)，嘗試組建繞月空間實驗室，探索著陸月球新方式，爭取在2035年左右建成月球基地等。按最初規(guī)劃，俄羅斯將在月面或月球軌道上建立模塊化實驗研究設(shè)施，支持不同時長的載人科研任務(wù)，并實施地月之間往返。不過，隨著形勢變化，俄羅斯載人登月計劃的前景面臨著較大的不確定性。

此外，歐洲空間局、日本、印度都提出了載人登月計劃，與重型火箭“直達”月球軌道這種傳統(tǒng)模式大不相同。雖然這些計劃未必能如期執(zhí)行，但是體現(xiàn)了新時代載人登月路徑的不同選擇。

在2030年前實現(xiàn)載人登月并非中國載人月球探測工程的全部，這只是中國載人月球探測工程登月階段的任務(wù)而已。未來我國還將實現(xiàn)探月工程“探、登、駐”三步戰(zhàn)略的最后一步—“駐月”，即在突破掌握載人登月關(guān)鍵技術(shù)、完成載人登月目標的基礎(chǔ)上，建設(shè)以中國為主的、人機聯(lián)合探測的國際月球研究站（ILRS），形成獨立自主的載人月球探測能力。展望更遙遠的未來，我國將實現(xiàn)人員在月面長期駐留生活和月球資源的開發(fā)利用。

【責(zé)任編輯】蒲 暉